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5分钟让你明白量子计算机是什么

知识分子 · 公众号 · 科学 · 2017-05-09 06:54

正文

前言：

有了量子计算机，你还需要你的电脑吗？下面这个视频可以给你提供答案。

► 视频来自《Nature自然科研》

撰文 | Nature自然科研

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量子计算机最近是大新闻，几乎每周我们都能听到关于其稳定性和运算能力的新进展。但对许多人来说，量子世界是神秘而令人迷惑的。在Nature Outline-量子计算中，我们用 信息化图示 和视频介绍经典计算和量子计算之间的差异，并向读者介绍量子计算领域的 基本术语 。

我们的电脑还能怎么更先进？随着越来越多的智能操作系统走下银幕，走进普通人的家中，看上去电脑可以解决任何问题。但实际上，很多科技领域的进步是有限的，因为目前的电脑效率太低。即使是最强大的超级计算机，当存在太多相互作用的元素时，也不能准确地计算出新材料、化学结构或生物系统的性质。

我们需要一种新型的计算方式，把计算机试图克服的这种复杂性给利用起来。量子计算机这个概念的第一次提出是 20世纪80年代 ，当时有人提出也许可以根据量子物理学而不是经典物理学来构建计算机。但是这种方法需要组装和控制量子系统——这是一项非常困难的任务。 通常，量子现象只出现在物质基本组成部分的水平上，如原子和电子 。

但是，一旦建立起了量子系统，它们将提供大量的可能性。描述区区几百个粒子的一般量子态，所需变量的数量就超过了宇宙中的原子数。没有任何经典计算机能有内存来存储这么多的信息。但是，如果丰富的量子状态被用于编码信息，就能打开计算的全新世界。模拟材料和分子的行为将变得容易，大型数据库的快速搜索和全新的密码学方法也不在话下。

过去二十年来，人们在分离，操纵和测量可形成量子计算机基础的元素方面取得了稳步的进展，无论是单个量子实体，如原子，电子或光子，还是显示量子力学行为的人造系统，如半导体结构或微型电子电路。研究人员现在已经有了量子计算机可以工作的原则证明，但是接下来要解决的前所未有的挑战的规模之巨大也是很明显的。

世界各地的物理学家，数学家，计算机科学家和工程师正在试图解决这样一个问题——该如何构建和操作一个足够大的量子计算机，从而能够在一些任务中打败经典计算机。商业公司也参与其中。

最终的量子计算机会是什么模样，它将使用哪种量子系统，以及它究竟能解决哪些问题依然悬而未决。所有这一切都在推动各种激动人心的研究。